بهره برداري و توسعه فيبرنوري، افزايش كيفيت در ارتباطات
گذرگاه شيشه اي
|
|
محمد بدخشان
كيلومترها خط انتقال اطلاعات به وسيله فيبرنوري، بسيار ارزان تر از سيم هاي مسي خواهد بود فضايي كه فيبرها نسبت به كابل هاي مسي اشغال مي كنند بسيار كمتر است
به احتمال زياد تا به حال مطالبي در مورد رشته هاي اعجاب انگيزي كه باعث تحول در سرعت و دقت و صرفه جويي شده اند، شنيده و يا خوانده ايد. اگر در چند ماه اخير يا بزودي متوجه تغييرات اساسي در سرعت اتصالتان به اينترنت شديد، تقريبا 100 درصد مطمئن باشيد كه سروري كه دسترسي به اينترنت را برايتان مهيا مي كند، شبكه ارتباطي خود را به اين ابزار قدرتمند مجهز كرده است. اين اختلاف مدت زمان هم كه مي گويم (چند ماه اخير يا بزودي) براي اين است كه هنوز متاسفانه تمامي شبكه هاي ارتباطي ما با اين سيستم تجهيز نشده اند، ولي بزودي شاهد بهره برداري حجم وسيعي از شبكه هاي فيبرنوري در كشور خواهيم بود.
فيبرنوري متشكل از رشته هاي خالص شيشه اي است كه قطر هر كدام از آنها در حدود قطر موي سر انسان است. فيبرهاي نوري، نازك و دراز هستند و در پوششي، به صورت مجموعه اي دسته بندي شده اند كه كابل نوري ناميده مي شود. فيبرها براي انتقال سيگنال هاي نوري به فاصله اي بسيار طولاني مورد استفاده قرار مي گيرند. هر فيبر به طور مجزا شامل هسته اصلي، روكش منعكس كننده، روكش و حفاظ است. هسته شيشه اي دقيقا همان چيزي است كه هدايت نور (اطلاعات به شكل سيگنال هاي نوري) از طريق آن انجام مي شود. روكش منعكس كننده را مي توان يك آينه ايده آل فرض كرد كه باعث مي شود اطلاعات نوري در پيچ و خم هاي مسير به سمت هسته منحرف شوند و روكش و حافظ يا همان B.c از آسيب رسيدن به فيبر جلوگيري مي كند.
هر كابل نوري متشكل از صدها يا هزار فيبر نوري است و كل مجموعه توسط يك پوشش آسيب ناپذير خارجي كه Jacket ناميده مي شود محافظت مي شود. در كل دو نوع فيبر نوري وجود دارد: 1 – تك رشته اي ، 2 – چند رشته اي.
نوع اول كه هسته كوچكتري دارد (قطري در حدود 9 ميكرون) براي انتقال امواج مادون قرمز با طول موج بين 1300 تا 1550 نانومتر مورد استفاده قرار مي گيرد. نوع دوم يعني multi – mode، باهسته۵/۶۲ ميكروني خود امواج مادون قرمز با طول موج 850 تا 1300 نانومتر كه از ديودهاي نوري (LED) ساطع مي شود را عبور مي دهد. هسته فيبرها از پلاستيك هم ساخته مي شوند. در اينگونه فيبرها قطر هسته كمي بيشتر است (در حدود يك ميليمتر). هسته پلاستيكي اين ريسمان هاي نوري، نور قرمز مرئي كه LED ها توليد مي كنند را انتقال مي دهد.
اساس انتقال پرتوهايي كه حامل اطلاعات هستند، توسط فيبرهاي نوري را مي توان با يك مثال بيان كرد.
فرض كنيد مي خواهيد يك راهروي طولاني را با يك نورافكن روشن كنيد. بهترين راه اين است كه جهت نور را طوري تنظيم كنيد كه از ابتداي راهرو به طرف افق ها باشد. اگر راهروي مورد نظر مستقيم باشد كه مشكلي وجود ندارد، اما اگر راهرو داراي پيچ و خم باشد چه طور؟ در اينجا نيز بهترين تمهيدي كه مي توان به كار برد استفاده از آيينه در خم هاي مسير است. با چيدن آيينه در زواياي مناسب، مي توانيد نور را از يك راهروي پرپيچ و خم عبور دهيد و آن را روشن سازيد.
فيبرهاي نوري هم به همين گونه عمل مي كنند. روكش منعكس كننده احاطه شده به دور هسته در سر تا سر فيبر همانطور كه ذكر شد، عمل انعكاس را به نحو ايد ه آلي انجام مي دهد. چون اين روكش تقريبا تمامي موج تابيده شده را منعكس مي كند، بنابراين نور مي تواند فاصله بسيار زيادي را بپيمايد. البته گاهي اوقات پيش مي آيد كه فيبر حداكثر كارايي خود را ندارد و اين به خاطر آلودگي احتمالي پديد آمده يا ناخالصي هاي موجود روكش منعكس كننده است. البته درصد خلوص شيشه هسته و همچنين طول موج نور منتقل شونده نيز در راندمان فيبر تاثير بسزايي دارد. (براي طول موج 850 نانومتر، 60 تا 75 درصد در يك كيلومتر، براي طول موج 1300 نانومتر، 50 تا 60 درصد در كيلومتر و براي طول موج 1550 نانومتر، بيشتر از 50 درصد به ازاي هر كيلومتر افت در كيفيت سيگنال ها خواهيم داشت. لازم به ذكر است در بعضي از انواع نزديك به ايده آل فيبرهاي نوري درصد افت كيفيت بسيار بسيار پايين است. تقريبا 10 درصد به ازاي هر كيلومتر براي طول موج 1550 نانومتر!)
شبكه هاي فيبر نوري و سيستم انتقال داده، توسط اين كابل ها، همانند ديگر سيستم هاي ارتباطي و مخابراتي متشكل از ابزاري براي دريافت و ارسال و تقويت و همچنين رمزگذاري (مانند كد مورس) و تبديل آنها از حالت رمز به زبان استاندارد (decode)هستند. تمامي سيستم هاي شبكه فيبرنوري داراي چهار بخش اصلي هستند.
1– انتقال دهنده : ابزاري براي به صورت كد درآوردن سيگنال ها و هدايت آنها به درون فيبرنوري.
۲ –فيبر اپتيكي: همان فيبرنوري مورد بحث كه وظيفه هدايت اطلاعات را دارد.
3 – بازسازند هاي اپتيكي : وسيله اي است كه سيگنال هاي ضعيف شده در مسير هاي طولاني را تقويت مي كند.
4 – گيرنده هاي اپتيكي : كه دريافت كننده و رمز گشاي سيستم است.
انتقال دهنده پس از آنكه اطلاعات را به صورت رمز و سيگنال نوري مخصوص در آورد، با روشن و خاموش كردن ابزار نوري ويژه خود اين سيگنال ها را با طول موج هاي مورد نياز به داخل فيبرنوري مي فرستد.
اين وسيله تقريبا بدون هيچ واسطه اي به فيبرها متصل مي شودو فقط در بعضي مواقع با به كار بردن يك عدسي در ابتداي راه تمركز هر چه بيشتر امواج نوري به داخل هسته فيبرها را ايجاد مي كند.
مي توان به جاي LED از ليزر هم استفاده كرد، اما هر چند كه ليزرها خيلي قوي تر از LED هستند، ولي حرارت خيلي زيادي ايجاد مي كنند و همچنين خيلي گران هستند. طول موج هاي استاندارد به طور معمول براي فيبرها 850 ، 1300 و 1550 نانومتر است (تابش مادون قرمز). همانطور كه قبلا گفته شد در مسيرهاي طولاني (بالاي يك كيلومتر) و همچنين كابل كشي زيرآب، از كيفيت سيگنال ها كاسته مي شود. براي اينكه امواج، قدرت دوباره براي پيمودن ادامه مسير پيدا كنند باز سازنده اپتيكي در فواصل مختلف مسير كابل كشي نصب مي شود. اين وسيله را مي توان يك پمپ ليزري تصور كرد، به اين صورت كه وقتي امواج ضعيف توسطORG شناسايي شدند، با تابش ليزر تقويت مي شوند، البته با همان مشخصه هاي قبلي. در نهايت وقتي اطلاعات كد شده ديجيتالي به مقصد مي رسند توسط گيرنده اپتيكي رمزگشايي مي شوند و به صورت سيگنال هاي الكتريك به كامپيوترها، تلويزيون يا تلفن، تحويل داده مي شوند. سيگنال هاي نوري در گيرنده، توسط فتوسل يا فتو ديودها شناسايي مي شوند.
اينكه در عصر حاضر به مقوله فيبرهاي نوري تا اين اندازه توجه شده و مورد استقبال و استفاده گسترده در بسياري از شبكه هاي مختلف ارتباطي قرار گرفته است، به دليل مزايايي است كه اين رشته هاي جادويي دارند كه به مهمترين آنها اشاره مي كنيم.
كيلومترها خط انتقال اطلاعات به وسيله فيبرنوري، بسيار ارزان تر از سيم هاي مسي خواهد بود. فضايي كه فيبرها نسبت به كابل هاي مسي اشغال مي كنند، بسيار كمتر است، چون خطوط متشكل از چندين فيبرنوري حجم بسيار كمتري نسبت به كابل هاي چند رشته با همان تعداد سيم دارد، در نتيجه با يك حجم كم مي توان تعداد زيادي شبكه تلفني، تلويزيون كابلي يا سرويس هاي اينترنتي را تحت پوشش قرار داد. اطلاعاتي كه در فيبرهاي نوري منتقل مي شوند نسبت به همان اطلاعات كه در سيم هاي مسي جريان دارند، خيلي كمتر مورد آسيب پذيري قرار مي گيرند يا كيفيتشان پايين مي آيد.
برخلاف سيگنال هاي الكتريكي كه در كابل هاي مسي جريان دارند، سيگنال هاي نوري در هر فيبر بدون اينكه اختلالي در اطلاعات فيبر مجاور خود ايجاد كند، به راه خود ادامه مي دهد و نتيجه آن ارتباط تلفني مطلوب و بدون اغتشاش يا دريافت بي عيب و نقص كانال هاي تلويزيوني خواهد بود. فرستنده و دريافت كننده در سيستم فيبرنوري به دليل درصد كم افت كيفيت اطلاعات، انرژي بسيار كمي مصرف مي كنند. اين در حالي است كه در شبكه هاي سيمي، منابع با ولتاژ بالا به كار مي رود و در نتيجه هزينه بيشتري صرف مي شود. فيبرنوري بستر ايده آلي است براي انتقال اطلاعات ديجيتال كه آنهم در شبكه هاي كامپيوتري كه روز به روز گسترده تر مي شوند، كاملا مطلوب است.
از مزاياي استفاده از فيبرنوري عدم وجود خطر آتش سوزي در شبكه است. چون در اين سيستم جريان برق نداريم و در نتيجه خطر آتش سوزي هم شبكه را تهديد نمي كند. نكته بسيار مهم ديگر وزن بسيار كمي است كه فيبرها در مقايسه با كابل هاي مسي دارند واين از نظر حمل ونقل و اجراي شبكه در شرايط و وضعيت هاي مختلف محيطي بسيار مطلوب است. كابل هاي نوري، انعطاف پذيري بالايي دارند و با داشتن چنين قابليتي در بسياري از دوربين هاي ديجيتال انعطاف پذير جهت دو هدف اساسي به كار مي روند؛ تصويربرداري پزشكي و تصويربرداري مكانيك. براي مثال عكسبرداري از مجراي تنفسي و اعضاي داخلي بدن بدون اينكه جراحي صورت بگيرد و همچنين تصويربرداي از درون لوله هاي غيرقابل دسترس در موتور هواپيماها و شاتل هاي فضايي براي اطمينان از صحت جوشكاري و اتصالات درون آنها. به خاطر داشتن چنين مزايايي، اين فيبرهاي برتر، به طور قابل توجهي در صنايع گوناگون مورد استفاده قرار گرفته اند؛ مخصوصا به طور ويژه در صنعت مخابرات و شبكه هاي كامپيوتري. شايد براي شما هم تا به حال پيش آمده باشد كه در تماس تلفني كه با اروپا يا آمريكا برقرار مي كنيد، حين صحبت كردن احساس كنيد صداها ديرتر منتقل مي شوند يا يك حالت اكو ايجاد مي شود. اين به خاطر استفاده از تجهيزات كابل هاي مسي وماهواره اي است. در صورتي كه اگر ارتباطتان از طريق فيبرنوري و مستقيما انجام شود، صداها كاملا شفاف و سريع شنيده مي شوند.
همانطور كه گفته شد هسته شيشه اي فيبرها از خلوص بسيار بالايي برخوردار است. اصلا سطح كيفيت و كارايي فيبرها بستگي مستقيم با درصد خلوص هسته فيبرها دارد. شايد تصور كنيد كه شيشه معمولي پنجره ها خيلي شفاف و بدون ناخالصي است، اما با همان ضخامت كمي هم كه دارند كمترين ناخالصي موجب مي شود كلي از كيفيت تصاوير پشت آنها كم شود. يكي از شركت هاي توليد كننده فيبرها كيفيت و ميزان خالص بودن هسته شيشه اي فيبرها را اينطور توصيف مي كند: اگر شما در بالاي اقيانوسي قرار بگيريد كه به جاي آب، كيلومترها شيشه از جنس هسته فيبرها در آن باشد، به طور واضح و كاملا شفاف مي توانيد كف اقيانوس را ببينيد! فيبرهاي نوري با يك چنين كيفيتي دريك پروسه سه مرحله اي ساخته مي شوند . 1- توليد استوانه شيشه اي اوليه 2- استخراج فيبرها از استوانه اوليه 3- تست كردن فيبرها.
استوانه اوليه در پروسه اي كهmcvd ناميده مي شود، ساخته مي شود. در mcvd حباب هاي اكسيژن به صورت محلول در تركيبي از كلريد سيليسيوم و كلريد ژرمانيوم و تركيبات شيميايي ديگر قرار مي گيرند. يك مخلوط كن با كنترل دقيق براي بدست آوردن و حفظ خواص مختلف فيزيكي و نوري از قبيل ضريب شكست، ضريب انبساط و نقطه ذوب و.... آنها را تركيب مي كند.
پس از آن بخارهاي گازي حاصل از واكنش ها به داخل تركيب سيليسي يا مجرايي از كوارتر (كه همان روكش منعكس كننده است) هدايت مي شوند.اين لوله در يك ماشين تراش مخصوص قرار مي گيرد و در هنگامي كه ماشين تراش موجب چرخش لوله حول محورمركزي آن مي شود، يك مشعل مرتبا در طول لوله رفت و آمد مي كند و حرارت را به طور يكنواخت به بخش بيروني آن مي رساند. در نهايت اين گرمادهي باعث رخ دادن دو تحول مي شود؛
۱ - سيليسيوم و ژرمانيوم با اكسيژن واكنش داده و دي اكسيد سيليسيوم و دي اكسيد ژرمانيوم ايجاد مي شود. 2- اين دو تركيب باادامه حرارت دهي در داخل لوله با هم تركيب مي شوند و هسته اصلي فيبر را تشكيل مي دهند. چرخش ماشين تراش همچنان ادامه پيدا مي كند تا سطح هموار پوشش خارجي ساخته شود. پروسه توليد رشته اصلي اوليه صد درصد اتوماتيك است و چندين ساعت زمان مي برد. پس از آنكه استوانه به فرم مورد نظر درآمد، بعد از خنك شدن و تست كنترل كيفيت نوبت به خارج كردن فيبرها با كاليبرهاي مختلف از رشته اصلي مي رسد. براي اين كار فيبر اوليه را در fiber drowing tower قرار مي دهند. در اين ابزار رشته اصلي همانطور كه از كوره گرافيتي ( با دمايي در حدود 1900 تا۲۲۰۰ درجه سلسيوس) گذرانده مي شود، به طرف پايين حركت مي كند.
وقتي شروع به ذوب شدن كرد قطره كوچكي تشكيل مي شود. ذره كوچك در اثر جاذبه شروع به كش آمدن مي كند و در حالي كه خنك مي شود به صورت يك ريسمان شكل مي گيرد. ريسمان شكل گرفته از يكسري دوك و مجراهاي حاوي اشعه ماوراي بنفش عبور داده مي شود. در نهايت يك قرقره در پايين برج كشش با سرعت 10 تا۲۰ متر در ثانيه مي چرخد و ريسمان را، هم از بالا مي كشد و هم آن را جمع مي كند. ميزان سرعت چرخش وكشش و اطلاعات ديگر مكانيزم، توسط يك ميكرومتر ليزري كه ريسمان از داخل آن مي گذرد به سيستم قرقره ارسال مي شود. اين نحوه جمع آوري معمولا براي ايجاد فيبرهاي تا طول 2/2 كيلومتر انجام مي شود.
سرانجام تست فيبرنوري كامل شده، انجام مي شود تا قابليت هاي ويژه فيبر مورد تاييد قرار گيرد. موارد تست عبارتند از:
۱ - مقاومت در برابر كشش: تحمل در برابر 100000 پوند بر اينچ مربع
۲ - منحني هاي مشخصات نوري و شكست:براي تعيين عددي عيب و نقص هاي اپتيكي
3 - هندسه فيبر: بررسي قطر هسته، قطر روكش منعكس كننده و قطر پوشش محافظ كه يكنواخت و متناسب باشد
-4 برد : تعيين حد نهايي مسافتي كه سيگنال ها با طول موج هاي مختلف در آن تضعيف مي شود
-5 بررسي ظرفيت حمل اطلاعات (پهناي باند): تعيين تعداد سيگنال هايي كه هر فيبرنوري در آن واحد مي تواند از خود عبور دهد(multi-mode )
-6 انتشار تصادفي: بررسي ميزان انتشار طول موج هاي مختلفي از نور كه در ميان هسته گسترده و منعكس مي شوند( اين مشخصه براي تعيين پهناي باند از اهميت ويژه اي برخوردار است)
-7 بررسي رنج تحمل دمايي و رطوبتي در هنگام بهره برداري در زير آب
-8 درجه حرارت وابسته به برد
-9 بررسي ميزان توانايي هدايت نور در زير آب (مشخصه اي مهم در كابل كشي هاي زيردريا)
پس از يك پروسه طولاني كه با دقت بي نظيري انجام مي شود، فيبرهاي آماده شده در قالب قرقره هايي با سايز هاي گوناگون (در قطر و تعداد رشته) به شركت هاي مختلف از جمله ISPها، شركت هاي مربوط به ارتباطات ( تلفن هاي ثابت و سيار )و... فروخته مي شود.
تعداد بسياري از شركت ها وموسسات در سرتاسر جهان اقدام به جايگزيني شبكه هاي فيبرنوري به جاي كابل هاي مسي كرده اند. تمام اين تلاش ها تنها براي بالابردن سرعت ، ظرفيت و كيفيت انجام مي گيرد. در ايران هم مسئولان موسسات مختلف و در راس آنها شركت مخابرات، برنامه هاي گسترده اي جهت اجراي شبكه هاي فيبرنوري پي ريزي كرده اند. اولين فيبرنوري بين شهري در كشور به طول 54 كيلومتر بين تهران و كرج اجرا شد و طبق برنامه سوم توسعه اجراي 4400 كيلومتر فيبرنوري بين مراكز شهري و بين شهري پيش بيني شده است. هم اكنون در ايران از يك تار فيبرنوري، 4000 خط تلفن عبور داده مي شود.
باتلاش و مصمم بودن براي اجراي برنامه ها، ديگر تا رسيدن به تكنولوژي فيبرنوري كشورهاي پيشرفته مانند ژاپن كه از يك تار فيبرنوري 9500 خط تلفن عبور داده مي شود فاصله اي نخواهيم داشت.
|